牛津通识读本：地球 [12]
图15 东南亚构造图，显示了印度次大陆碰撞以及中国和印度支那被挤向一侧的运动所导致的主要断裂
向北穿越平坦的恒河平原，我们能看到第一个巨型逆断层形成了当地的一个明显特征。山峦上的沉积物随处可见，这些沉积物曾经淤积在河床上，但现在被抬升了数十米，不过它们只有几千年的地质年龄，表明这样大幅度的抬升是在数次地震中突然发生的。这些山峦是喜马拉雅山脉的山麓小丘，喜马拉雅山脉在一系列东西走向的山脉中崛起。每一条山峰线都大致对应着另一个大陆岩石的巨型楔入。如今暴露在喜马拉雅山脉表面的岩石大都是从大陆深处抬升上来的远古花岗岩和变质岩。从特提斯洋的洋底提升上来的褶皱沉积物则长眠在西藏高原边缘山脉的北方。在它们之后是一系列湖泊，它们对应着两块大陆的初始接合处，也就是所谓的地缝合线。
印度这样一个古老冰冷的大陆非常结实，而且相当坚硬。它所碰撞的亚洲部分则相对年轻和柔软。就像炙热的地幔可以经历固体流一样，地壳岩石也可如此。我们在地表看到岩石时，认为它既硬又脆，但石英等地壳矿物在仅仅数百摄氏度条件下就可以像太妃糖一样流动，地幔更深处的橄榄石也是一样。如果将印度看作相对坚固的大陆，与具有很多液体特性的另一方相撞，就能得到一些印度碰撞亚洲的最佳模型了。要说这另一方像液体，不如说它像半凝固的颜料——越用力挤压，它就越容易变形。这类模型可以解释中亚山脉的格局，却无法解释西藏高原的情形。
中国西藏的崛起
密度相对较低的地壳岩石的堆叠，无法只靠向下的逆冲推覆作用来调节，因而整个区域开始向上浮动。西藏地下致密的岩石圈根部与之分离，并沉回到其下的软流层。余下的日益加厚的大陆岩石向上浮动，将西藏高原抬升了8公里之高。与此同时，亚洲的一部分试图滑行让路，印度支那滑到了东面。这一侧向动作把大陆朝着更远的北方延展，造就了很多地貌特征，其中就包括西藏地区充满湖水的裂口和俄罗斯境内贝加尔湖的深纵裂口。随着地下冰冷致密的岩石圈部分移开，炙热的软流层距离西藏地壳就更近了，足以导致局部的熔融，也解释了西藏部分地区近来发现的火山岩。另有地震学证据表明，西藏高原西南部地下约20公里处有一个部分熔融的庞大花岗岩池。这也有助于解释亚洲如何吸收了来自印度的冲击，以及尽管西藏高原被高耸的山脉围绕，为何它本身还能保持相对平缓。总之，西藏高原看来不大可能会比当前平均5000米海拔更高了。再有任何抬升都会被物质向两侧流动的动作所抵消。多山地区的平均海拔也多半不会超过5000米。在这里，高度被侵蚀所制约。尽管喜马拉雅山脉已经有大量物质被侵蚀，巴基斯坦北部的南伽帕尔巴特峰等地区如今仍以每年若干毫米的速度上升，致使山坡变得崚嶒崎岖，并容易发生滑坡。
季风
喜马拉雅山脉的高度几乎相当于客机正常的飞行高度，这些山脉对大气循环构成了明显的障碍。因此，北面的中亚地区冬季寒冷，且全年大部分时间气候干燥。夏季，西藏高原升起的暖空气阻止了来自西南方的潮湿空气，因而云层堆积，并在印度季风的暴雨中释放其水分。季风在阿拉伯海兴风作浪，把养分带到表层水，从而导致浮游生物一年一度的繁殖期，继而在水下的沉积物中留下了痕迹。沉积物岩芯显示，这一循环始于大约800万年前，或许正对应着西藏高原大抬升的末期和季风气候形态的源起。在中国，乘风而来的尘埃显示，喜马拉雅山脉北部地区也是在这一时期才开始变得干燥。非洲西海岸之外的沉积物也有变化，随风而来的尘埃在地层中有所增加；与其相对应的似乎是非洲开始变得干燥，以及随着潮湿的云层被拉向印度，撒哈拉沙漠开始形成。有一种理论认为，在喜马拉雅山脉被侵蚀的过程中必定发生了大量的化学风化作用，消耗了大气层中的大量二氧化碳，这可能为过去2500万年各次冰川期的出场做好了铺垫。这么说来，我们知道是非洲的气候变化造就了物种演化的压力，导致现代人类在那里得到发展，或许那次气候变化的原因之一就是西藏和喜马拉雅山脉的崛起。
瑞士蛋卷
从喜马拉雅山脉的大陆堆叠再向西，特提斯洋收窄成一个水湾，但在意大利和非洲板块与欧洲碰撞的例子中，碰撞的结果差别不大，只不过后者是略小一些的版本而已。阿尔卑斯山脉是学界研究最多、理解最深的山脉之一。在阿尔卑斯山脉北面有一个沉积盆地，其中慢慢地填满了名为磨砾层的沉积物。山脉南面的意大利境内有一个波河平原，相当于印度的恒河平原。波河平原与山脉之间是一系列的沉积楔，这种沉积物叫作复理石，是由特提斯洋舀取而来的。随后我们来到了瑞士境内高耸的阿尔卑斯山，它由大陆的结晶质基部以及下方部分熔融的花岗岩侵入体共同组成。越过高山，会看到一系列强烈褶皱的岩石，这些岩石被舀取出来，形成巨大的倒转褶曲，名为推覆体，它们折向北方，因为自身的重量而下垂，像搅打过的奶油被舀起来那样。这些推覆褶皱往往延展得很远，以至于地质年龄更加古老的岩石会堆叠在年轻岩石的上方，形成令人非常困惑的序列。与喜马拉雅山脉一样，那里也有一系列逆断层，在很多地方使得大陆地壳的厚度加倍。
克拉通
没有哪个大陆是孑然孤立的岛屿。各个大陆既可分离，也可连接合并。这一结论已屡经验证，阿尔卑斯山脉和喜马拉雅山脉等现代山脉只是最近发生的几个实例而已。其他山脉因为过于古老，经年累月，几乎已被夷为平地。苏格兰西北的加里东山脉和北美洲的阿巴拉契亚山脉也可作为例证，只不过时间要追溯到大约4.2亿年前，大西洋的某个先驱封闭之时。现代大陆都是处处显现出这种特征的百衲被。然而随着大陆变得越古老越厚重，它就会越坚硬，也越持久。受构造运动影响最小、最稳定的大陆核心被称作克拉通，它们组成了当今南北美洲、澳大利亚、俄罗斯、斯堪的纳维亚和非洲的核心。久而久之，它们也常常会经历缓慢的下沉。澳大利亚的艾尔湖和北美洲的五大湖就位于这样的盆地。与之相反，南部非洲的克拉通却已被其下地幔柱的浮岩抬升了。
大陆的剖面
地震层析成像揭示了整个地球的结构，应用同样的原理也可以巨细靡遗地研究大陆的内部深处。为得到所需的高分辨率，这一技术并不依赖地球另一侧发生的随机自然地震（需要间隔很远的测震仪才能探测到它们），而是自行产生人工地震波，利用附近间隔紧密的探测仪矩阵来拾取反射波。地震层析成像造价昂贵，起初被石油勘探公司所垄断，这些公司小心翼翼地守护着探测结果。但如今很多国家项目都在共享这类数据。其中最先进的当属北美洲，美国的大陆深度反射剖面协会和加拿大的岩石圈探测计划均已建立起详细的剖面图系列。为了产生震波，他们使用一个小型的专用卡车车队，利用水锤泵带动重型金属板来震动地面。绵延数英里的传感器网络监测这些深度震动，并记录来自地下许多地层的反射。计算机分析可以显示出每一个不连续面或密度突变。这些剖面图远比石油勘探者最感兴趣的沉积盆地还要深得多。它们显示了在很久以前合并的各个大陆之间的远古缝合线，还显示出沉降到加拿大苏必利尔湖地区下方地幔中去的一个地层的反射，它很可能是迄今发现的最古老的潜没带，其洋底属于一片早已消失的海洋，地质年龄大约为27亿年。这些剖面图显示出从地幔上升却无法穿透厚重大陆的玄武岩岩浆如何在大陆之下铺垫玄武岩石板，即所谓的岩墙；还显示了当大陆岩石被埋得足够深时，它们是如何开始熔融，从而上升穿过大陆，重新结晶成为花岗岩的。
图16 地球地壳内的各地层和一个穹地结构的地震反射剖面图示例
花岗岩的上升
随着大陆岩石的堆叠，大陆的基底也被越埋越深。大陆下沉时被加热，基底的岩石开始熔融。这些岩石中很多都是数十亿年前沉积在海底的远古沉积物。它们含有与岩石化学结合的水。水有助于岩石的熔融，并有润滑作用，使它们容易上升到表面。与火山岩不同，它们过厚过黏，无法从火山中喷发出去。相反，熔融岩石的巨大气泡或达数万米之巨，向上推进更高层的大陆地层，速度也许相当快。它们炙烤着周围的岩石，缓慢冷却后形成由石英、长石和云母组成的粗糙结晶岩：花岗岩。最终，周围的岩石逐渐磨损，露出壮观的花岗岩穹隆，达特穆尔高地[30]即是一例。
对一个由硅酸盐岩石和大量的水组成的、构造运动活跃的星球而言，花岗岩的形成或许是不可避免的。但绝不会出现一个没有大陆而只有环球海洋的“水世界”。只要有水，它就会设法参与岩石的化学过程，在它们熔融之时提供润滑，以便它们能够以大块花岗岩的形态上升，形成大陆的顶峰高出海面。如果没有水，那就是金星上的情形了：没有板块的大地构造。如果没有熔融岩浆的内火，就是火星上的情形：古老冰冷的地表，即使有生命，也深藏在地下。在地球上，海洋和大陆始终处于动态的相互作用中，有时这种相互作用是你死我活的。
地球中的宝藏
地质勘探最初的动机之一便是寻找矿藏。若干地质过程可以形成或浓缩出珍贵而稀有的物质。地球的热量可以温和加热沉积盆地的生物遗迹，从而生成煤炭、石油和天然气。我们已经看到了深海热液喷溢口周围何以富集贵金属硫化物，也看到了锰结核在深海洋底形成的过程。矿物以多种方式在大陆岩石中富集。在熔融的岩石中可以形成结晶，其中密度最大的会沉到熔体腔的底部。在聚集矿物质的同时，上升并穿过其他岩石的熔融岩石团块会驱使超热的水和蒸汽先行上升。在压力下，这种水汽混合物可以溶解多种矿物，特别是那些富含金属的矿物，并推动它们穿过裂缝，那些裂缝曾是它们作为矿脉的寄身之所。其他矿物会在水分蒸发或岩石中的其他组分受到侵蚀时在岩石表面浓缩。只要我们拥有使之再生的技术，地球中的宝藏就唾手可得了。
寻找失落的大陆
如果说在地球历史的大部